Projecte/Treball Fi de Carrera Estudi: Enginyeria Industrial. Pla 2002 Títol: Proposta de consolidació d'un talús a l'estadi municipal de futbol de Montilivi (Girona) Document: Memòria Alumne: Carles Arana Perez Director/Tutor: Miquel Llorens Departament: Eng. Mecànica i de la Construcció Industrial Àrea: Mecànica de medis continus i teoria de les estructures Convocatòria (mes/any): Juny / 2012
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Projecte/Treball Fi de Carrera
Estudi: Enginyeria Industrial. Pla 2002
Títol: Proposta de consolidació d'un talús a l'estadi municipal de futbol de Montilivi (Girona)
Document: Memòria
Alumne: Carles Arana Perez
Director/Tutor: Miquel Llorens Departament: Eng. Mecànica i de la Construcció Industrial Àrea: Mecànica de medis continus i teoria de les estructures Convocatòria (mes/any): Juny / 2012
Proposta de consolidació d’un talús a l’estadi municipal de Montilivi Memòria
2 ESTABILITAT DELS TALUSSOS .............................................................................. 6 2.1 Definició de talús .......................................................................................................... 6 2.2 Definició d’estabilitat .................................................................................................... 7
2.2.1 Trencaments del terreny ........................................................................................ 8 2.2.2 Factors que influeixen en l’estabilitat .................................................................. 11
2.3 Anàlisi d’estabilitat de talussos ................................................................................... 13 2.3.1 Introducció ........................................................................................................... 13 2.3.2 Càlcul manual ....................................................................................................... 13 2.3.3 Tècniques d’estabilització .................................................................................... 20 2.3.4 Discussió de la solució .......................................................................................... 29
3.2 Talús a estudi .............................................................................................................. 39 3.2.1 Anàlisi d’estabilitat global del talús ..................................................................... 39 3.2.2 Anàlisi d’estabilitat superficial del talús ............................................................... 43 3.2.3 Consideracions preliminars .................................................................................. 44 3.2.4 Requisits a complir per la solució proposada ....................................................... 45 3.2.5 Selecció del tipus d’estructura d’estabilització .................................................... 46 3.2.6 Definició i dimensionament de la solució proposada .......................................... 49
4 RESUM DEL PRESSUPOST ...................................................................................... 52
Proposta de consolidació d’un talús a l’estadi municipal de Montilivi Memòria
II
Proposta de consolidació d’un talús a l’estadi municipal de Montilivi Memòria
3
1 INTRODUCCIÓ
1.1 Antecedents
Els moviments de massa de terra representen, per la seva magnitud i freqüència, un risc
geològic important que pot provocar grans desperfectes materials en infraestructures,
edificacions... i fins hi tot baixes humanes.
A la ciutat de Girona, concretament al barri de Montilivi existeix un problemàtica que es va
reiterant any rere any. Degut a les característiques geomecàniques del seu subsòl, argiles
expansives, quan s’augmenta les condicions d’humitat del terreny, es produeix una solifluxió
del terreny i desencadena en esllavissades.
S’hi ha intentat posar solució però el fet és que només s’ha apedaçat el problema de
manera provisional, ja que amb el temps ha anat reapareixent:
- El 28 de març 1996 es produeix la primera esllavissada del talús. S’ensorra la grada
preferent del camp del Girona. Motiu: L'informe assenyala com a causant d'aquesta
circumstància les obres d'urbanització del sector de Montilivi i, especialment, la reforma per
crear el campus universitari.
- 7 de maig de 2004. Un nou esfondrament a la grada est del camp Municipal de Montilivi
que afecta al nou vial realitzat a sobre i d’accés a la Universitat de Girona.
Figura 1: Foto del esllavissament de l’any 2004 (Font: Lithos Geotècnia)
Proposta de consolidació d’un talús a l’estadi municipal de Montilivi Memòria
4
Les argiles de característiques expansives, on està fonamentat el camp de futbol Municipal
de Girona, se saturen d’aigua, degut a les pluges, i es mobilitzen, provocant un trencament
de la canonada de desguàs de les instal·lacions esportives de la Universitat de Girona i
desencadenant una solifluxió dels materials superficials i generant un nou esllavissament.
Figura 2: Foto del tub de drenatge trencat (Font: Lithos Geotècnia)
- Després de la gran nevada del 8 de març de 2010, el dia 12, sobre les 4 de la tarda es
produeix un esllavissament en el recinte de l’obra d’ampliació de l’estadi de Montilivi. Aquest
afecta a la via de circumval·lació de la Universitat de Girona i es decideix tallar el trànsit en
ambdós sentits de la marxa.
Figura 3: Foto de l’esllavissament de l’any 2010 (Font: Servei d’esports UdG)
I fins al dia d’avui.
Proposta de consolidació d’un talús a l’estadi municipal de Montilivi Memòria
5
1.2 Objecte
En aquest estudi es pretén proposar una solució per a la consolidació del talús adjacent a la
grada est de l’Estadi municipal de Montilivi (Girona).
Es comprovarà l’estabilitat global del terreny i es determinaran els requeriments a complir
per la solució final.
S’estudiaran diverses possibilitats i es dimensionarà la que, com a resultat de l’estudi
efectuat, es consideri més oportuna.
Una vegada s’hagi dimensionat es faran les comprovacions d’estabilitat de la solució
pertinents.
1.3 Especificacions i abast
Per tal d’aconseguir els objectius proposats primerament s’haurà de fer una recerca
d’informació i documentació. Es buscarà, de manera general, quins tipus de trencaments del
terreny existeixen, quins son els motius principals que els provoquen i les mesures
correctores més habituals.
S’estudiarà l’històric del lloc. Les patologies observades amb anterioritat i les mesures
correctores aplicades. I amb l’ajuda de l’estudi geotècnic s’analitzarà l’estabilitat d’aquest
talús.
Es confrontarà cadascuna de les possibles mesures correctores al nostre problema per
determinar quines es poden descartar i quines son susceptibles d’estudi. D’aquesta manera
s’obtindrà una solució que es definirà i dimensionarà. Per a la comprovació de la solució final
s’utilitzarà el programari SnailzWin.
Finalment i com exigeix el Codi Tècnic de l’Edificació es realitzaran les comprovacions
pertinents
Proposta de consolidació d’un talús a l’estadi municipal de Montilivi Memòria
6
2 ESTABILITAT DELS TALUSSOS
Els problemes d’estabilitat en els terrenys han vingut al llarg de la historia quan, tant els
homes com la natura, han pertorbat el finíssim equilibri del sòl natural.
Aquest fet, i la creixent demanda tant en volum com en complexitat dels projectes de
construcció, no han fet més que incrementar la necessitat d’investigar en la mecànica del
sòl. Per, d’aquesta manera, poder entendre, desenvolupar i perfeccionar nous mètodes per
solucionar els problemes d’estabilització dels talussos.
La evolució d’aquests mètodes han estat molt lligats al desenvolupament i al coneixement
de la mecànica del sòl, i per tant de la geologia i la hidrologia .
2.1 Definició de talús
S’entén per talús qualsevol superfície inclinada respecte l’horitzontal que hagin d’adoptar
permanentment les estructures de terra.
Figura 4: Parts d'un talús
Quan el talús es genera de forma natural, sense intervenció humana, s’anomena “vessant”.
Per altra banda, quan és l’home qui hi intervé, es pot classificar en dos tipus, depenent de si
les terres s’aporten o es retiren:
Angle
Peu
Capçal
Tascó de trencament
Superfície de lliscament
Alçada
Proposta de consolidació d’un talús a l’estadi municipal de Montilivi Memòria
7
En el primer cas hi hauria els “talussos artificials”. Masses de terra inclinada a la bora dels
terraplens, fruit de la generació d’aquests.
En el segon dels casos, el “tall” o “rebaix”, massa de terra resultant quan es realitza una
excavació al terreny natural.
No hi ha dubte que els talussos conformen una part important en les obres d’avui en dia, i
per tant és necessari definir criteris per a l’estabilitat d’aquests.
2.2 Definició d’estabilitat
S’entén com a estabilitat d’un talús a la seguretat de la massa de terra en front del moviment
o trencament.
Aquesta estabilitat ve determinada tant per la seva geometria, ja sigui la alçada o el pendent,
com per les característiques intrínseques del propi sòl, com poden ser l’angle de fregament
intern o la cohesió, i que defineixen la seva resistència a cisalla.
Els problemes relacionats amb l’estabilitat dels vessants naturals difereixen radicalment dels
que presenten els talussos construïts per l’home. Les diferencies significatives son, en
primer lloc, la naturalesa dels materials involucrats, i en segon, tot el conjunt de
circumstàncies que involucren la formació del talús. La seva història geològica, les
condicions climàtiques que va tenir al llarg de l temps i la influència que ha patit per part de
l’home en l’actualitat o en un passat.
Dintre dels talussos artificials també existeixen algunes diferències entre els talls i els
terraplens. Aquests últims, i donada la seva condició d’aportar material, es constitueixen
amb materials relativament controlats, o que almenys, es poden controlar.
Un altre aspecte a tenir molt en compte en l’estabilitat és l’anomenat “trencament del
terreny”. Ja que hi ha gran varietat de fenòmens que involucren el concepte.
Proposta de consolidació d’un talús a l’estadi municipal de Montilivi Memòria
8
2.2.1 Trencaments del terreny
Quan una massa de terreny es desestabilitza i es desplaça per influència de la gravetat
vessant avall s’anomena esllavissada.
Dins d’aquesta definició s’inclouen una gran diversitat de processos pels quals un talús pot
deixar de complir la seva funció estructural, i que a més, es poden classificar de vàries
maneres depenent de la font escollida.
Per exemple la classificació de trencaments del terreny segons Varnes (1978), una de les
més utilitzades.
Tipus trencament de Terreny
- Despreniment (Falls)
- Bolcada (Topple)
- Rotacional
- Lliscament (Slides)
- Traslacional
- Expansió lateral (Spread)
- Flux (Flow)
- Complexa
Proposta de consolidació d’un talús a l’estadi municipal de Montilivi Memòria
9
- Despreniment: Dit d’aquell moviment d’una part de sòl o roca, en forma de blocs aïllats o
material massiu que, la seva trajectòria és majoritàriament en vertical i/o caiguda lliure.
Figura 5: Despreniment
- Bolcada: Dit d’aquells moviments de rotació cap a l’exterior, d’una unitat o d’un conjunt de
blocs, al voltant d’un eix pivotant situat per sota del centre de gravetat de la massa moguda.
Figura 6: Bolcada
- Lliscaments: Dit d’aquells moviments on el desplaçament del terreny es produeix a sobre
d’una o vàries superfícies de ruptura ben definides. Es considera que la massa mobilitzada
es desplaça com un bloc únic. Depenent de la geometria de la superfície de ruptura es
poden classificar en rotacionals o traslacionals.
- Traslacional: Quan la superfície de ruptura és un pla amb més o menys inclinació.
Es solen produir quan el terreny es heterogeni i amb superfícies de discontinuïtat ben
definides
Figura 7: Lliscament Translacional
Proposta de consolidació d’un talús a l’estadi municipal de Montilivi Memòria
10
- Rotacional: Quan la superfície de ruptura és còncava. Es produeixen
fonamentalment quan el material es homogeni
Figura 8: Lliscament Rotacional
- Expansió lateral: Dit d’aquell moviment de massa de sòl o roca que es desplaça molt
lentament de manera lateral. Aquest fet pot ser degut a petits pendents o per la pròpia
expansió plàstica dels materials.
Figura 9: Expansió lateral
- Fluxos: Dit d’aquells moviments en els que el comportament de la massa desplaçada
s’assembla a un fluid viscós, adoptant la morfologia del vessant per on discorre. La massa
desplaçada està desordenada i mesclada, i es caracteritza per l’absència d’una superfície
neta de desplaçament.
Figura 10: Fluxos
- Complexa: Dit d’aquell moviment que resulta de la mescla de 2 o més tipus de moviments
elementals descrits anteriorment. Els més habituals són els lliscaments que esdevenen
fluxos al peu
Proposta de consolidació d’un talús a l’estadi municipal de Montilivi Memòria
11
Figura 11: Complexa
2.2.2 Factors que influeixen en l’estabilitat
Les esllavissades de talussos poden succeir de moltes maneres diferents, com ja s’ha vist, i
existeix un cert grau d’incertesa a l’hora de predir-les. No obstant, conèixer els
despreniments que han succeït per la zona d’interès pot ser un bon punt de partida per a la
detecció i avaluació de possibles futures.
Per a realitzar aquesta tasca es poden revisar diverses fonts, com ara diaris, mapes de
zonificació de inestabilitat geològica, base de dades de esllavissaments, etc. En el cas que
no fos possible accedir a aquesta informació, sempre es pot preguntar als veïns de la zona.
Resulta molt difícil establir les causes de les esllavissades, però tot seguit es citen alguns
dels processos constructius que causen més problemes:
- Modificació de les condicions naturals del flux intern de l’aigua quan es crea un terraplè o
es fa un rebaix.
- Sobrecàrrega d’estrats dèbils per replè.
- Sobrecàrrega del terreny amb plans d’estratificació desfavorable per replè
- Eliminació per tall d’algun estrat prim de material permeable que funciona com una capa de
drenant natural d’estrats d’argiles
- Augment de les pressions de filtració en canviar la direcció del flux intern d’aigua per l’acció
d’un tall o rebaix
LLiscament
Despreniment
Fluxos
Proposta de consolidació d’un talús a l’estadi municipal de Montilivi Memòria
12
- Eliminació de capes superficials del terreny pot causar el lliscament de les capes del
mateix estrat vessant amunt sobre capes de terreny més dur o roca
- Increment de la càrrega hidrostàtica sota la superfície quan es realitza un tall i es cobreix
amb una capa impermeable.
En general les causes de les esllavissades poden ser les següents:
Factors geomorfològics:
- Topografia del voltant del talús
- Distribució de les discontinuïtats i estratificacions
Factor interns:
- Propietats mecàniques del terreny
- Estats dels esforços actuants
- Factors climàtics com ara l’aigua superficial i subterrània
Les externes o geomorfològiques produeixen augments dels esforços tallants actuants
sense modificar la resistència de l’esforç tallant del material. Per exemple, l’augment de
l’alçada del talús, col·locar algun tipus de sobrecàrrega en el capçal, o el moviment produït
per un sisme son algunes d’elles.
Per altra banda, les internes, son les que apareixen sense cap canvi de les condicions
exteriors del talús. Van lligades sempre a la disminució de l’esforç tallant del terreny.
L’augment de la pressió hidrostàtica o la dissipació de la cohesió son causes d’aquesta
classe.
Proposta de consolidació d’un talús a l’estadi municipal de Montilivi Memòria
13
2.3 Anàlisi d’estabilitat de talussos
2.3.1 Introducció
Actualment hi ha molts treballs d’Obra Civil on és necessari distribuir el sòl en forma de
talús, ja sigui per fer plataformes, vials, canals etc. I com ja se sap, en tota obra prima la
seguretat i la economia. És per això que adquireix una rellevància important el fet de poder
avaluar aquests factors de manera virtual, sense fer cap intervenció en el medi natural.
La naturalesa i la homogeneïtat dels materials constitutius son bàsics per definir i plantejar el
problema d’estabilitat del talús. L’enginyer analitza aquests paràmetres i intenta extreure el
major volum de dades possible. D’aquesta manera es podrà escollir quin tipus de model i
procediment aplicar en l’estabilització del terreny.
El lliscament d’un talús es produeix per la ruptura i posterior desplaçament d’un tascó de
terreny al llarg del seu pla de debilitat. Les causes poden ser vàries: Canvis d’humitat en
l’ambient, vibracions, etc. El que fa difícil la seva parametrització.
2.3.2 Càlcul manual
Un enginyer suec anomenat Petterson va estudiar a fons aquest problema, i va concloure
que el lliscament del sòl es produeix al llarg d’una corba variable. Posteriorment i per a
simplificar els càlculs es va aproximar a un arc de circumferència. En honor a la nacionalitat
del descobridor, les superfícies de ruptura s’anomenen cercles suecs.
Cercles Suecs
Depenent del tipus de sòl y de la geometria del talús es poden classificar de la següent
manera:
Cercle superficial de peu: La superfície de lliscament passa per el peu del talús, essent
aquest el punt més baix d’ambdós. Son característics d’aquest tipus de trencament els sòls
amb un angle de fregament intern elevat, graves i sorres, i els talussos molt inclinats.
Proposta de consolidació d’un talús a l’estadi municipal de Montilivi Memòria
14
Figura 12: Cercle supericial de peu
Cercle profund: En aquest cas la superfície de trencament passa per sota del peu del talús. En aquest tipus hi trobaríem sòls amb angles de fregament baix, llims i argiles, i talussos poc inclinats.
Figura 13: Cercle profund
Cercle profund de peu: Com veiem en el primer cas, la superfície de lliscament
intersecciona amb el peu del talús, però en aquest cas no es el punt més baix. Vindria a ser
com un cas entremig dels dos vistos anteriorment.
Figura 14: Cercle profund de peu
Cercle condicionat: Degut a la presencia d’elements resistents com ara murs, pilots, etc la
magnitud i profunditat de la superfície de trencament queda condicionada.
Proposta de consolidació d’un talús a l’estadi municipal de Montilivi Memòria
15
Figura 15: Cercle condicionat
Els mètodes de càlcul, per a definir l’estabilitat, estableixen un mecanisme cinemàtic de falla,
extret de l’experimentació, en el qual s’analitza les forces que tendeixen a provocar el
moviment, com ara la gravetat, la filtració de l’aigua, la pressió etc. I les forces que tendeixen
a impedir que aquest moviment no es propagui, com ara la resistència al terreny i d’altres
forces resistents.
Un bon exemple, per la seva simplicitat, racionalitat i validesa didàctica és el mètode de
Fellenius.
Mètode de Fellenius
Aquest mètode de càlcul es basa en l’aplicació dels fonaments de la Mecànica Racional
clàssica. D’aquesta manera Fellenius divideix el tascó de trencament de l’esllavissament en
llesques, i estudia l’estat de les forces en cadascuna d’elles. Com més es divideixi, més
fiable serà el resultat.
Figura 16: Divisió de llesques del Mètode Fellenius
Proposta de consolidació d’un talús a l’estadi municipal de Montilivi Memòria
16
La condició d’equilibri de cada llesca vindrà determinada per el venciment de les forces
estabilitzadores sobre les desestabilitzadores en la superfície de lliscament.
Figura 17: Estat de forces
Forces estabilitzadores (S) > Forces desestabilitzadores (T)
Les forces estabilitzadores (S) son la suma de les forces de cohesió i del fregament intern:
! = !! + !! = ! · !"# ∝· !"# + ! · ∆!!"#∝
On P és la càrrega sobre la superfície de ruptura (P = W + q·Δx, essent W el pes del tascó
de terra i q la sobrecàrrega d’us).
α és l’angle que forma la superfície de ruptura amb la horitzontal
φ és l’angle de fregament intern del terreny
c és la cohesió del sòl
Δx és l’amplada de la llesca
Les forces desestabilitzadores (T) s’identifiquen amb la component tangencial de les